近年来大气中CO₂浓度逐年升高,大气中过高的二氧化碳浓度会对地球的生态气候造成很大的影响。随着雷达光源性能的提高,使用差分吸收激光雷达监测大气CO₂浓度成为一种更为优秀的监测方式。激光雷达对其光源有很高要求,一般的单频激光器无法满足,但通过注入锁频的方式可以得到差分吸收激光雷达要求的高能量、窄线宽的脉冲单频光。2μm波段的激光相对人眼安全,对监测范围内活动的居民伤害小,同时2μm波段的激光在大气中传播损耗很小,为良好的激光雷达光源。随着2μm波段固体激光器性能的提高,越来越多的科研人员注意到2μm差分吸收激光雷达的重要应用价值。已知CO₂在2.05μm波长处存在激光吸收峰,而Ho:YLF晶体的发射峰恰好在2.05μm附近,所以Ho:YLF晶体作为CO₂浓度监测激光雷达的光源增益介质较为合适。理论方面介绍了Ho:YLF晶体的物理性质和光谱特性,建立连续运转Ho:YLF激光器速率方程理论模型,并利用该模型讨论激励光光斑半径与激光光斑半径之比以及腔内损耗对Ho:YLF激光器性能的影响。最后建立并研究了调Q运转Ho:YLF激光器的速率方程模型。主激光器方面首先对Tm,Ho:YLF单纵模主激光器腔型进行仿真设计。然后给出了实验选用的F-P标准具相关参数及其透过率公式,并在理论上证明了使用实验选择的标准具能够获得2.05μm的单纵模激光输出。最后介绍和研究了Tm,Ho:YLF激光器在自由运行和单纵模运行时的输出特性。从激光器方面对Ho:YLF环形腔激光器腔型进行了理论上的仿真设计,对“8”字环形腔的腔型稳定性和腔内的光斑分布进行了研究。最后介绍和研究了不同重复频率下Ho:YLF环形腔激光器的输出特性。锁频激光器方面首先对其模式匹配原理进行了研究,并设计了激光模式匹配系统。介绍了实验所用的光学隔离系统,最终实现Ho:YLF激光器的注入锁定。